DE3000206A1

DE3000206A1 - Verfahren und vorrichtung zur solubilisierung von kakao

Info

Publication number: DE3000206A1
Application number: DE19803000206
Authority: DE
Inventors: Jean-Pierre Bandi; Frantisek Kubicek; Pierre-Benoit Raboud
Original assignee: Nestle SA
Current assignee: Nestle SA
Priority date: 1979-01-05
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1980-07-24
Also published as: CH637273A5; DE3000206C2; GB2039711A; NZ192508A; SG11784G; FR2445698A1; BR8000043A; MY8500442A; ES487448A1; FR2445698B1; GB2039711B; US4349579A; ZA797033B; US4438681A

Description

DR. "

Widenmayerstr.46

D-8000 MÜNCHEN 22 Tel. 089/295125

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SOCIETE DES PRODUITS NESTLE S.A. V e v e y - Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zur Solubilisierung :

von Kakao

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Beschreibung_

Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von löslichem oder alkalisiertem Kakao. Sie betrifft ein Verfahren zur Solubilisierung oder Alkalisierung von Kakao und eine Vorrichtung für die Durchführung dieses Verfahrens»

In der Folge werden die Ausdrücke "Solubilisierung" und "löslich" verwendet, obwohl sie weniger exakt sind als die Ausdrükke "Alkalisierung" und "alkalisiert", da das behandelte Kakaopulver sich bei der Herstellung eines Getränks nicht löst, sondern vielmehr dispergiert.

Die verschiedenen Phasen bei der bekannten Herstellung von löslichem Kakao umfassen die Reinigung und Klassierung der rohen Bohnen, das Rösten, Zerkleinern und Entkeimen der Bohnen, wobei das Rösten auch nach dem Zerkleinern durchgeführt werden kann, sowie das Vormahlen, bei welchem die Zellen zerbrochen werden und Kakaobutter in Freiheit gesetzt wird« Die dabei erhaltene "Grobkakaomasse" wird dann solubilisiert und der erhaltene" Kakaol iquor" wir.d dann durch Feinmahlen in eine "Feinkakaomasse" überführt .Die Feinkakaomasse wird zu einer Presse gebracht ,wo der. größte Teil der Kakaobutter abgetrennt wird und ein "Preßkuchen "zurückbleibt „ Dieser

Preßkuchen wird dann gemahlen und gesiebt, wodurch ein "Kakaopulver" entsteht. Dieses Pulver wird im allgemeinen mit Zucker, Vitaminen, Malz und Lecitin versetzt» Das Gemisch stellt das Endprodukt dar, welches durch Anmachen mit Wasser oder Milch ein Schokoladegetränk liefert.

Die Solubilisierung ist wesentlich, da sie es durch Umwandlung von Stärke gestattet, die Dispergierbarkeit des Kakaos zu verbessern und seine Agglomeration und Sedimentation zu verringern. Sie ist von einer Neutralisation der Säuren, die für einen bitteren Geschmack verantwortlich sind, und der Bildung einer angenehmen dunklen Farbe begleitet=

Es sind bereits mehrere Solubilisierungsverfahren bekannt=

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Bei einem Verfahren werden die ganzen oder zerkleinerten-Bohnen vor oder während dee Röstens mit Ammoniak behandelt. Ammoniak hat den Nachteil, daß er stinkt und extrem korrosiv ist.

Bei einem anderen Verfahren, welches diskontinuierlich durchgeführt wird, wird das bereits getrocknete Pulver einer Behandlung mit Dampf unter Druck in einem Autoklaven ausgesetzt, woran sich eine rasche Entspannung oder"Blitzentspannung" und ein Mischen mit Zucker anschließt. Zwar ist dieses Verfahren schnell/ aber es hat den Nachteil, daß es charchenweise durchgeführt wird und das Risiko einer ungleichmäßigen Behandlung des Pulvers mit sich bringt.

Bei einem dritten Verfahren, das kontinuierlich durchgeführt wird, wird der Preßkuchen, d.h. also der von der Kakaobutter abgequetschte Teil, mit Wasser gemischt und einer Kochextrusion unterworfen, wobei das erhaltene Band in Granalien zerkleinert wird, die in einem Wirbelbett getrocknet werden. Dieses Verfahren gestattet nur die Behandlung des Preßkuchens, und hat einen geringen Durchsatz..

Alle diese Verfahren sind aufgrund ihrer Nachteile gegenwärtig nicht in Gebrauch.

Das gegenwärtig übliche Solubilisierungsverfahren umfaßt die Behandlung der Grobkakaomasse bei einer Temperatur von 100-120°C mit einer wäßrigen Alkalilösung, im allgemeinen Kalium- oder Natriumcarbonat, während mehrerer Stunden, wobei die Reaktion abläuft, und die Trocknung, wobei die Masse am Ende der Verfahrens einen Wassergehalt von etwa 1* aufweist. Die Resultate sind zufriedenstellend. Jedoch hat diese Arbeitsweise verschiedene Nachteile: das Verfahren ist diskontinuierlich, lange, in energetischer Hinsicht teuer, erfordert aufwändige Anlagen und macht zahlreiche Manipulationen notwendig, die Gesundheitsrisiken in sich bergen. Um eine richtige Reaktion der Feinkakaomasse mit der Alkalilösung durchzuführen, muß das Gemisch ungefähr 25* Wasser enthalten, das bei der Verarbeitung beseitigt werden muß.

Es wurde nunmehr gefunden, daß es möglich ist, die Solubilisie-

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rung beträchtlich zn verbessern, wobei man kontinuierlich mit einfachen Mitteln.arbeitet, die es gestatten, die Gesundheitsrisiken zu beseitigen, eine viel günstigere Energiebilanz zu erzielen und eine Qualität des solubilisierten Kakaoliquors zu erreichen, die-im Hinblick auf dis Dlspergierbarksit, das Aroma, und.die Farbe zumindest gleich gut oder sogar besser^:ist.''; \;;.*■:·:::-.. ;?„;.■.ο\: ■ _ S: . - -,. .. ..--. -.-..-.

Das erfindsmgsgemäße:Ver.fahreii ist dadurch gekennzeichnet, daß man. kontini.uer-lich.in· d,ie ^ Kakaomasse Dampf und eine konzentrier·= te Lösung eines Alkalicarbonats getrennt oder vorzugsweise in Mischung unter Druck in einem Rohr einspritzt, daß man das Car= boiiat mit; der Kakaömasse.'unter. Druck bei mindestens 120 C . reagieren:.; läßt:;. daß man das. Gemisch einer. abrupten Entspannung aussetzt- und. iidaß man das.: Gemisch-.unter Rühren trocknet, bis am Ende'des Vorgangs;sin. solubilisierter getrockneter Kakaoliquor erhalten;worden ist*— -■■:..-·;"■■,-.--·.". .·.'■■-:.. = ■.

Gemäß der Erfindung kann man die grüne, vorgetrocknete oder geröstete: Grobkakaomaase^ die Feinkakaomasse, den Preßkuchen nach der Kakaobutterabtrennung oder ein Gemisch aus Melasse und Grobkakaomasse oder Feinkakaomasse behandeln. Der gemäß der Erfindung verwendete Ausdruck "Kakaomasse" bezieht sich also auf eine zu ,behandelnde Masse aus einem dieser Produkte.

Es wirdί-jedoch-ibevorzugt,. die Grobkakaomasse nach dem Rösten zu behandeln. Das Dampf/Carbonat-Reaktionsgemiseh wird durch verteilen des Carbonats-, vorzugsweise von Kaliumcarbonat, in Form einer konzentrierten Lösung mit:ungefähr 50% Carbonat in einem Dampf strom hergestellt:. Diese Herstellung erfolgt vorzugsweise durch. Einsprühen; von:, feinen Tropf chen der Carbonatlösung im Gegenstrom zu -.einem .,Strom aus gesättigtem Dampf»

Gemäß-Feiner-Abwandlung;; kann man die Carbonatlösung mit der Kakaomasse mischen und_; den Dampf in das-erhaltene. Gemisch einsprit-= zen, obwohl es für eine bessere Reaktion bevorzugt wird, eine Dispersion der Carbonatlösung in Dampf eizuspritzen, weil dann die Reaktionsteilnehmer in idealer Weise gemischt werdf>.„ Das Gewichts·= verhätnis Garbo na t/Kakao beträgt etx^a 2Q-25°/oo,während

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BAD ORIGINAL

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das Gewichtsverhältnis Carbonat-Dampf-Gemisch/Kakao 6-12% beträgt. Die Mengen der Reaktionsstoffe können entsprechend dem Anfangs—pH der zu behandelnden Kakaomasse variiert.werden. Sie werden so eingestellt, daß ein End-pH des Kakaoliquors von 6,8-7,5 erreicht wird.

Die eine Temperatur von 45-70 aufweisende Kakaomasse wird durch ein Rohr hindurchgeführt, und das Reaktionsgemisch wird unter einem Dampfdruck von 8-12 at eingespritzt. Die Kakaomasse wird einer starken Turbolenz unterworfen. Die Temperatur der Masse steigt auf annähernd 130 C. Die Reaktion läuft im Rohr während 30-80 s ab, wobei die Reaktionsdauer durch die Länge des Verweilrohrs bestimmt wird, das auf einem Überdruck von 1-6 at und vorzugsweise 2-5 at und auf eine Temperatur oberhalb 120°C gehalten wird. In dem Rohr beträgt der Wassergehalt des Gemischs ungefähr 9-13 Gew.-%.

Nach der Reaktion wird die Masse einer raschen Entspannung oder Blitzentspannung bis zum atmosphärischem Druck oder bis zu einem unteratmosphärischem Druck unterworfen. Dabei fällt die Temperatur der Masse auf ungefähr 1OO-11O°C und ihr Wassergehaltauf etwa 6-75$. Die Masse wird dann unter Rühren während lh bis lh 30min bis zu einem Wassergehalt von etwa 1-1,5 % getrocknet.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß sie folgende Teile aufweist: eine Einrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer konzentrierten Alkalicarbonatlösung in Dampf, ein Führungsrohr für die Kakaomasse, ein.e Einspritzeinrichtung für das Carbonat/Dampf-Gemisch stromabwärts des Führungsrohrs, ein Verweil- oder Reaktionsrohr, das mit Mitteln zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gegendrucks ausgerüstet ist, und eine Trocknungseinrichtung, die mit Mitteln zum Entspannen, Mitteln zum Rühren, Mitteln zum Abziehen von Dampf und Mitteln zum kontinuierlichen Austragen des solubilisierten Kakaoliquors ausgerüstet ist.

In den beigefügten Zeichnungen ist eine Ausführungsform einer

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erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt» In den Zeichnungen zeigen:

Fig.l eine schematische Darstellung der Vorrichtung?

Fig.2 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Herstel=

lung und zum Einspritzen des Carbonat/Dampf-Gemischs? Fig.3 eine schematische Darstellung der Trocknungseinrichtung=

Gemäß Fig.l besitzt die Anlage folgendes?

einen Kakao enthaltenden Vorratsbehälter 1 mit einem Rührer 2? eine Druckpumpe 3/ die ein Rohr 4 beschickt?

einen Dampfeinspritzer 5 mit einem Zuführrohr β für die Dispersion von Carbonat in Dampf;

ein Verweil- bzw. Reaktionsrohr 7 stromabwärts des Dampfeinsprit= zers 5;

einen Druckmesser 8, der ein Ventil 9 betätigt, welches stromaufwärts im Verweilrohr 7 einen konstanten Gegendruck und stromabwärts ein Entspannen des Gemischs ermöglicht?

eine Trocknungseinrichtung 10, bestehend aus einem geschlossenen Behälter 11, in welchem durch einen Motor 13 angetriebene Kheterwellen 12 vorgesehen sind_#wobei in den geschlossenen Behälter eine Zuführleitung für Kakao 14 mündet, an der Oberseite des geschlossenen Behälters ein Dampfabzugskamin 15 abzweigt und von der Unterseite des geschlossenen Behälters eine Austrittsleitung für Kakaoliquor wegführt.

Gemäß Fig.2 wird die Carbonatlösung in einem Behälter 21, der mit einem Rührer 22 ausgerüstet ist hergestellt und dann durch eine Dosierungspumpe 23 in eine Sprühkammer 24 eingeführt, in welcher sie im Gegenstrom zum durch eine Leitung 25 eintretenden Dampf in feine Tröpfchen versprüht wird.

Das Carbonat/Dampf-Reaktionsgemisch wird unter einem durch einen Druckmesser 26 gesteuerten Druck über eine konzentrisch zum Rohr für Kakao 4,7 angeordnete Düse 27 eingespritzt.

Mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung ist es möglich nur die Dampfmenge einzuspritzen, die erforderlich ist, um die Kakaomasse durch Kondensation der Gesamtmenge des eingespritzten

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Dampfs auf dem Produkt auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Die erhitzte flüssige Masse besitzt am Ausgang des Einspritzers eine große Homogenität. Dies gestattet es, eine optimale Ausnutzung des Dampfs und bemerkenswert stabile Reaktionsbedingungen zu erzielen. Gemäß Fig. 1 ist das Verweilrohr 7 über das Gegendruckventil 9 mit einer Entspannungskammer verbunden, welche durch die Trocknungseinrichtung 10 gebildet wird. Vorzugsweise wird vor der Düse ein Dampfdruck verwendet, der ausreichend hoch ist, um vollständig die Vorteile der Einspritzeinrichtung auszunutzen. Das Gesetz der kritischen Strömung verlangt, daß bei einer Düse vom vorliegenden Typ die Geschwindigkeit des Dampfs am Austritt der Düse einen Grenzwert, bei dem es sich um die Schallgeschwindigkeit in Dampf handelt, erreicht und von dem Moment an nicht mehr überschreitet, wo der Druck am Eintritt der Düse etwa das Doppelte des Drucks am Ausgang der Düse überschreitet. Der im Verweilrohr 7 herrschende Druck wird vorzugsweise auf einen Wert etwas über dem Druck von gesättigtem Wasserdampf bei der gewählten Reaktionstemperatur gehalten. Der Dampfdruck am Eintritt der Düse soll also insgesamt über dem Doppelten des Drucks liegen, der im Verweilrohr herrscht, derart, daß der Unterschied zwischen dem Druck am Ausgang der Düse und dem Druck im Verweilrohr praktisch nicht durch zufällige Fluktuationen des Drucks im Verweilrohr verändert werden kann. Auf diese Weise können solche Fluktuationen sich nicht stromaufwärts der Düse fortpflanzen, wobei die Menge und die Temperatur des eingespritzten Dampfs konstant bleibt. Der Druck,mit welchem der Kakao durch das Rohr 4 hindurchgeführt wird, kann aus dem Bereich ausgewählt werden, der durch den Druck im Verweilrohr 7 und den Druck am Ausgang der Düse gegeben ist.

Wenn man im kritischen Bereich arbeitet, dann ist der Dampfdurch-

gang je mm Querschnitt des Austrittskanals der Düse bekannt, sofern der Wert des Dampfdrucks am Eintritt der Düse festgelegt ist. Wenn man weiß, bei welcher Temperatur und mit welchem Durchsatz der Kakao eingeführt wird und auf welche Temperatur der Kakao für für die Durchführung der Reaktion gebracht werden soll, dann kann man die genaue nötige Dampfmenge und damit den zu verwendenden Durchmesser der Düse errechnen.

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Man arbeitet also ohne Dampfüberschuß und unter !konstanten Bedingungen. Dies stellt einen wesentlichen Vorteil des Verfahrens dar, da man nämlich so die Reaktion unter idealen Bedingungen ausführen kann, wobei das Gemisch vollständig homogenisiert wird und die Reaktion kontinuierlich bei einer konstanten Temperatur und einem konstanten Druck abläuft und wobei die Dauer der Reaktion durch die Länge des Verweilrohrs bestimmt wird«

Darüber hinaus wird nur eine kleine Menge Wasser mit der Masse eingeführt, was einen beträchtlichen Engergiegewinn mit sich bringt, weil nämlich die Reaktion rascher abläuft und weil kein Wasserüberschuß bei der Trocknung abgedampft werden muß, wie dies bei dem bekannten Verfahren der Fall ist« Der Feuehtigkeits·= gehalt beträgt im Reaktionsrohr etwa 8 - 12 % und fällt bei der Entspannung auf ungefähr 5 - 8 %, weshalb bei der Trocknung nur 4 - 6 % entfernt werden müssen.

Fig.3 zeigt eine teilweise geschnittene schematische Ansicht der Trocknungseinrichtung. Gemäß dieser Figur tritt das Gemisch nach der Reaktion durch die Leitung 14, in welcher es eine Entspannung erfährt ein und fällt durch eine Öffnung 31 in den Behälter 11. Der Behälter 11 ist mit einem Doppelmantel 32 ausgerüstet, der Temperaturzonen bildet (Teil in Ansicht). Mehrere Wellen 12, die mit Schaufeln 33 ausgerüstet sind,gestatten ein Kneten der Masse. Die Form des Behälters wie auch die Anordnung der Wellen und der Schaufeln sind so, daß der bei 31 eintretende Kakao die Einrichtung während der Trocknungsdauer durchwandert und dann über eine Klappe 34 in die Leitung 16 austritt. Während des Vorgangs wird der von der Masse austretende Wasserdampf über.den Kamin 15, der mit einem Ventilator 35 ausgerüstet ist, abgezogen» Der Behälter ist mit einem dicht sitzenden Deckel 36 ausgerüstet und kann über den Kamin an ein Vakuum angeschlossen werden, wenn es erwünscht ist, unter einem unteratmosphärischem Druck zu arbeiten=

Die Erfindung wird nun an Hand des folgenden Beispiels näher erläutert. Alle Prozentangaben und Teile sind in Geweht ausgedrückt, sofern nichts anderes angegeben ist»

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Beispiel

800 kg/h geröstete Grobkakaomasse werden vom Behälter 1 in die Leitung 4 gepumpt. Eine 50%ige Kaliumcarbonatlosung wird im Behälter 21 hergestellt und durch die Dosierpumpe 23 in einer Menge von 300 ml/min in die Sprühkammer 24 gepumpt. Trockener gesättigter Dampf wird durch die Leitung 25 eingeführt, und das Reaktionsgemisch wird unter einem Druck von 8,5.at über die Düse 27 in das Rohr 7 " eingespritzt. In diesem Rohr 7 verläuft die Reaktion bei 130 C und unter einem Druck von 3-5 at während etwa 50 s. Die Masse wird rasch auf atmosphären Druck entspannt und ergießt sich in die Trocknungseinrichtung 10. Ihre Temperatur fällt dabei auf ungefähr 100 - 110°C und ihr Wassergehalt auf 6-7%. Die Trocknungseinrichtung füllt sich , wobei die Klappe 34. auf eine Hohe eingestellt wird, die sich nach dem gewünschten Durchsatz richtet. Die Masse durchwandert die Einrichtung während ungefähr 1 h 30 min. Wenn die Vorrichtung gefüllt ist, dann ist eine stationäre Arbeitsweise erreicht und der solubilisierte Kakaoliquor, dessen Wassergehalt am Ende des Vorgangs 1-5% ist,fließt mit etwa 130°C durch die Leitung 6 zu nicht gezeigten Mühlen, wo die Feinkakaomasse hergestellt wird, die zum Abpressen bestimmt ist.

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Claims

. Patentansprüche

1. Verfahren zur Solubilisierung von Kakao, dadurch gekennzeichnet, daß man kontinuierlich in die Kakaomasse Dampf und eine konzentrierte Lösung eines Alkalicarbonate getrennt oder vor= zugsweise in Mischung unter Druck in einem Rohr einspritzt, daß man das Carbonat mit der Kakaomasse unter Druck bei mindestens 120°C reagieren läßt, daß man das Geraisch einer abrupten Entspannung aussetzt und daß man Gemisch unter Rühren trocknet, bis am Ende des Vorgangs ein solubilisierter getrockneter Kakaoliquor erhalten worden ist»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man grüne, vorgetrocknete oder geröstete und gemahlene Grobkakaomasse, Feinkakaomasse nach dem Feinmahlen, ein Gemisch aus Melasse und Grobkakaomasse oder Feinkakaomasse oder Kakaopreßkuchen nach dem Abtrennen der Kakaobutter behandelt»

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man geröstete und gemahlene Grobkakaomasse behandelt=

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch aus Dampf und Carbonat, vorzugsweise Kaliumcarbonat, durch Einsprühen von feinen Tropfeben der Carbonatlösung im Gegenstrom zu einem Strom aus gesättigtem Dampf herstellt«

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das GewichtsVerhältnis von Carbonat zu Kakao etwa 20-25°/oo beträgt und daß das Gewichtsverhältnis aus Carbonat und Dampf zu Kakao, etwa 6-15% beträgt, wobei die einzelnen Mengen so gewählt werden, daß ein End-pH des Produkts von 6,8 bis 7,5 erreicht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man den Kakao durch ein Rohr mit 45-7O°C hindurchführt und daß man in dieses Rohr ein Gemisch aus Carbonat unel Dampf unter einem Druck von 8-12 at einspritzt»

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Reaktion im Rohr während 30-8Os ablaufen läßt, wobei das Rohr auf einen Druck von 1 - 6 at, vorzugsweise 3 - 5 at, und eine Temperatur über 120 C, vorzugsweise etwa 13O⁰C, gehalten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch auf atmosphärischen oder unteratmosphärischen Druck entspannt wird, wobei seine Temperatur auf ungefähr 100 - 110 C und sein Wassergehalt auf ungefähr 6-7 C fallengelassen wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch nach dem Entspannen während 1 h bis 1 h 30min bis zu einem Wassergehalt von ungefähr 1 - 1,5 X getrocknet wird.

10. Vorrichtung für die kontinuierliche Solubilisierung von Kakao, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile aufweist:

eine Einrichtung zur Herstellung einer Dispersion einer konzentrierten Alkalicarbonatlösung in Dampf, ein Führungsrohr für die Kakaomasse, eine Einspritzeinrichtung für das Carbonat/Dampf-Gemisch stromaufwärts des Führungsrohrs, ein Verweil- oder Reaktionsrohr, das mit Mitteln zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gegendrucks ausgerüstet ist, und eine Trocknungseinrichtung, die mit Mitteln zum Entspannen, Mitteln zum Rühren, Mitteln zum Abziehen von Dampf und Mitteln zum kontinuierlichen Austragen des solubilisierten Kakaoliquors ausgerüstet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine im Reaktionsrohr konzentrisch angeordnete Düse, durch welche das Carbonat/Dampf-Gemisch eingespritzt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Aufrechterhaltung eines konstanten Gegen-

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drucks im Reaktionsrohr ein Gegendruckventil umfassen, das durch einen stromaufwärts davon angeordneten Druckmesser betätigt wird.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trocknungseinrichtung einen Behälter mit Doppelmantel und mehrere mit Schaufeln ausgerüstete Wellen umfaßt, wobei die Form des Behälters und die Anordnung der Wellen und der Schaufeln so ist, daß der Kakao die Einrichtung während der Dauer der Trocknung in stationärer Weise durchwandert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der solubilisierte und getrocknete Kakao kontinuierlich durch eine bewegliche Klappe ausgetragen wird, deren Lage in Abhängigkeit von der .gewünschten Trocknungszeit einstellbar ist.

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